(57)【要約】【課題】本発明は、ＲＯＩ駆動方式を用いた固体撮像素子において、消費電力を低減させ、撮像部の熱ノイズを低減させて高品質な画像を撮像できる固体撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】画素部２０と信号読出部２１とを備え、該信号読出部が前記画素部の各画素２１の画素信号をＸＹアドレス方式で読み出す固体撮像素子１０と、前記画素部の関心領域Ｒ１のみの前記画素信号を前記信号読出部に読み出させる関心領域読出制御を行う関心領域読出制御手段９０と、を有する固体撮像装置において、  前記関心領域読出制御手段は、前記関心領域読出制御を行う際に、前記信号読出部のうち前記関心領域を読み出し対象に含まず、読み出し動作を行わない非読出領域の電源を遮断する電源遮断制御を行うことを特徴とする。【選択図】図１
2013046232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素部と信号読出部とを備え、該信号読出部が前記画素部の各画素の画素信号をＸＹアドレス方式で読み出す固体撮像素子と、前記画素部の関心領域のみの前記画素信号を前記信号読出部に読み出させる関心領域読出制御を行う関心領域読出制御手段と、を有する固体撮像装置において、
前記関心領域読出制御手段は、前記関心領域読出制御を行う際に、前記信号読出部のうち前記関心領域を読み出し対象に含まず、読み出し動作を行わない非読出領域に接続された信号読出部の電源を遮断する電源遮断制御を行うことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記信号読出部に電源を供給する分割された電源供給ラインを有し、
前記電源遮断制御は、前記非読出領域に接続された前記電源供給ラインに前記信号読出部の電源を接続しない制御であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記信号読出部の電源は、電源回路を含み、
前記電源回路は、前記分割された電源供給ラインに個別又は共通に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電源供給ラインは、前記関心領域読出制御が行われる前記関心領域の水平方向の長さに応じて、長さが異なることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、信号読出部が画素部の各画素の画素信号をＸＹアドレス方式で読み出す固体撮像素子と、画素部の関心領域のみの画素信号を信号読出部に読み出させる関心領域読出制御を行う関心領域読出制御手段と、を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、用途に応じて、撮像面の中から興味又は関心のある領域（関心領域、Region Of Interest、ＲＯＩ）のみを読み出す関心領域読出駆動方式（以下、「ＲＯＩ駆動方式」とも呼ぶ。）を採用した固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、特許文献１に記載された固体撮像装置の要部構成図である。図１１において、フォトダイオード１０１（１０１−１−１，１０１−１−２，〜，１０１−３−３）の検出信号を増幅する増幅トランジスタ１０２（１０２−１−１，１０２−１−２，〜，１０２−３−３）、信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ１０３（１０３−１−１，１０３−１−２，〜，１０３−３−３）、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ１０４（１０４−１−１，１０４−１−２，〜，１０４−３−３）からなる画素がマトリクス状に配列されている。なお、紙面の都合で、画素は３×３＝９個しか示していないが、更に多くの画素を備えている。
【０００４】
水平方向に配線されている水平走査線（又は水平アドレス線）１０６（１０６−１，１０６−２，１０６−３）は垂直選択トランジスタ１０３のゲートに接続され、信号を読み出すラインを定めている。この水平走査線１０６は信号を読み出すラインを垂直方向に選択することから垂直選択線とも呼ばれる。同様に、水平方向に配線されているリセット線１０７（７−１，７−２，７−３）は、リセットトランジスタ１０４のゲートに接続されている。増幅トランジスタ１０２のソースは列方向に配置された垂直信号線１２２（１２２−１，１２２−２，１０８−３）に接続され、その一端には負荷トランジスタ１０９（１０９−１，１０９−２，１０９−３）が設けられている。
【０００５】
選択端子１２５（１２５−１，１２５−２，１２５−３）、１２６（１２６−１，１２６−２，１２６−３）には、図示しない制御回路から発生される垂直選択パルスおよびリセット選択パルスが個別に入力される。この垂直選択パルスおよびリセット選択パルスの入力により、走査選択トランジスタ１２３（１２３−１，１２３−２，１２３−３）およびリセット選択トランジスタ１２４（１２４−１，１２４−２，１２４−３）は個別にオンとなり、これにより対応する水平走査線１０６−１，１０６−２，１０６−３およびリセット線１０７−１，１０７−２，１０７−３が個別に選択される。
【０００６】
一方、各垂直信号線１２２−１，１２２−２，１２２−３と水平信号線１３１との間には、列毎にＡＤＣ回路１３２（１３２−１，１３２−２，１３２−３）及び水平選択スイッチ１９０（１１９−１，１１９−２，１１９−３）が挿入接続されている。また、ＡＤＣ回路１３２−１，１３２−２，１３２−３には、共通に電源供給ライン１５０が接続され、電源供給ライン１５０は、電源１６０に接続されている。ＡＤＣ回路は、フォトダイオード１０１で発生し、増幅トランジスタ１０２で増幅されたアナログ電荷をカウントしてデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータを構成する回路であり、固体撮像装置の読み出し回路を構成する。ＡＤＣ回路１３２−１，１３２−２，１３２−３で読み出したデジタルデータは、水平選択スイッチ１１９−１，１１９−２，１１９−３のいずれかがオンとなり、列が選択されることにより、外部に出力される。ＲＯＩ駆動方式の場合、水平選択スイッチ１１９−１，１１９−２，１１９−３が個別にオンとなって垂直信号線１２２−１，１２２−２，１２２−３に設けられたＡＤＣ回路１３２−１，１３２−２，１３２−３が個別に選択されることにより、任意の関心領域の読み出し信号を出力することが可能となる。一方、ＡＤＣ用電源１６０は、共通に各ＡＤＣ回路１３２−１，１３２−２，１３２−３に接続されており、各ＡＤＣ回路１３２−１，１３２−２，１３２−３は常に駆動状態となっている。
【０００７】
このように、ＲＯＩ駆動方式を用いた固体撮像装置においては、シフトレジスタを用いず、水平走査線１０６用の選択端子１２５と、リセット線１０７用の選択端子１２６と、読み出し用の水平選択スイッチ１１９を用いることにより、順次読み出しではなく、任意の画素の信号を読み出すことができる。つまり、読み出し領域について所定の制御を行うことにより、所定の関心領域についてのみ画素信号を読み出すことができ、不要な領域を読み出さないので、信号読み出しの高速化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２６２１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、読み出し領域を関心領域に限定することはできるが、読出回路においては、読み出し対象となる関心領域を含まない場合であっても回路が動作し続け、電力を消費し続けるという問題があった。また、読出回路が動作し続けると、読出回路全体から熱が発生し、撮像領域に熱ノイズが混入するという問題があった。
【００１０】
図１２は、従来のＲＯＩ駆動方式のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子の全体構成を示した図である。図１２において、ＣＭＯＳ撮像素子１１０は、画素部１２０と信号読出部１３０とを有し、画素部１２０は、画素１２１と、垂直信号線１２２とを有する。また、信号読出部１３０は、水平信号線１３１を含む。なお、図１２には図示していないが、信号読出部１３０は、信号読出回路としてＡＤＣ回路１３２を備える。また、垂直選択手段１４０がＣＭＯＳ撮像素子１１０内に設けられ、垂直選択手段１４０を制御するＲＯＩ制御回路１９０と、信号読出部１３０に電源を供給する電源供給ライン１５０及びこれに接続された電源回路１６０が示されている。図１２においては、図１１で示した構成要素のうち、説明に必要な要素のみを抜き出して同一の参照符号を用いるとともに、全体の制御に必要な構成要素を追加して示している。
【００１１】
図１２において、信号読出部１３０には、これに電源を供給するための電源供給ライン１５０が設けられ、電源１６０に接続されているが、電源供給ライン１５０が水平方向に左端から右端まで延在しているので、読み出しを行わない領域があったとしても、信号読出部１３０内の信号読出回路（ＡＤＣ回路１３２）には電源が供給され続け、信号読出部１３０全体で電力を消費してしまう。よって、上述のように、信号読出部１３０内に信号読み出しを行わない部分が存在したとしても、信号読出回路は全体が動作し続け、電力を消費し続けるとともに、これにより発生する熱により、画素部１２０に熱ノイズを発生させてしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、ＲＯＩ駆動方式を用いた固体撮像素子において、消費電力を低減させ、撮像部の熱ノイズを低減させて高品質な画像を撮像できる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る固体撮像装置は、画素部と信号読出部とを備え、該信号読出部が前記画素部の各画素の画素信号をＸＹアドレス方式で読み出す固体撮像素子と、前記画素部の関心領域のみの前記画素信号を前記信号読出部に読み出させる関心領域読出制御を行う関心領域読出制御手段と、を有する固体撮像装置において、
前記関心領域読出制御手段は、前記関心領域読出制御を行う際に、前記信号読出部のうち前記関心領域を読み出し対象に含まず、読み出し動作を行わない非読出領域に接続された信号読出部の電源を遮断する電源遮断制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、前記信号読出部に電源を供給する分割された電源供給ラインを有し、
前記電源遮断制御は、前記非読出領域に接続された前記電源供給ラインに前記信号読出部の電源を接続しない制御であってもよい。
【００１５】
また、前記信号読出部の電源は、電源回路を含み、
前記電源回路は、前記分割された電源供給ラインに個別又は共通に設けられてもよい。
【００１６】
また、前記電源供給ラインは、前記関心領域読出制御が行われる前記関心領域の水平方向の長さに応じて、長さが異なっていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＲＯＩ駆動時における消費電力を低減し、熱ノイズによる撮像特性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る固体撮像装置の一例を示した図である。
【図２Ａ】関心領域が全画面である場合の実施例１に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。
【図２Ｂ】関心領域が撮像画面の左上側１／４の領域である場合の実施例１に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。
【図２Ｃ】関心領域が撮像画面の左半分である場合の実施例１に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。
【図３】本発明の実施例２に係る固体撮像装置の一例を示した図である。
【図４Ａ】全画面を関心領域とした場合の実施例２に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。
【図４Ｂ】関心領域が撮像画面の左上側１／４の領域である場合の実施例２に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。
【図４Ｃ】関心領域が撮像画面の１／１６である場合の実施例２に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。
【図５】本発明の実施例３に係る固体撮像装置の一例を示した図である。
【図６】本発明の実施例４に係る固体撮像装置の一例を示した図である。
【図７】実施例４に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。
【図８】本発明の実施例５に係る固体撮像装置の一例を示した図である。
【図９】本発明の実施例６に係る固体撮像装置の一例を示した図である。
【図１０】本発明の実施例７に係る固体撮像装置の一例を示した図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の要部構成図である。
【図１２】従来のＲＯＩ駆動方式のＣＭＯＳ撮像素子の全体構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１に係る固体撮像装置の一例を示した図である。図１において、実施例１に係る固体撮像装置は、固体撮像素子１０と、電源供給ライン５０、５１と、電源回路６０、６１と、スイッチ（又はスイッチ回路）８０と、ＲＯＩ制御回路９０とを有する。また、固体撮像素子１０は、画素部２０と、信号読出部３０と、垂直選択手段４０とを有する。更に、画素部２０は、画素２１と、垂直信号線２２とを有し、信号読出部３０は、信号読出線３１を有する。図１において、実施例１に係る固体撮像装置の構成要素は、理解の容易のため、本発明の説明に必要な構成要素のみが示されている。実施例１に係る固体撮像装置は、ＲＯＩ駆動方式で駆動する撮像装置であるので、必要に応じて、図１１において説明した他の構成要素を備えてよい。例えば、信号読出部３０は、信号読出回路として、各垂直信号線２２毎に図１１で説明したＡＤＣ回路１３２を備えてよい。ＡＤＣ回路１３２が、電源供給ライン５０、５１に接続される点も図１１と同様である。この点は、実施例２以降においても同様とする。
【００２１】
固体撮像素子１０は、撮像を行う素子であり、主要な構成要素としては、画素部２０と、信号読出部３０と、垂直選択手段４０とを備える。本実施例に係る固体撮像装置においては、ＸＹアドレス方式により、画素部１０で生成された画素信号を読み出す型式の固体撮像素子１０が用いられる。固体撮像素子１０は、ＸＹアドレス方式の固体撮像素子であれば、種々の固体撮像素子１０が用いられてよく、例えば、ＣＭＯＳを用いたＣＭＯＳ撮像素子であってもよいし、必ずしもＣＭＯＳに構成されていないＭＯＳトランジスタを用いたＭＯＳ撮像素子であってもよい。
【００２２】
画素部２０は、撮像を行うために複数の画素２１が二次元状に配置された領域であり、受光した光を電気信号に変換する領域である。画素部２０は、マトリクス状に配置された複数の画素２１と、垂直信号線２２とを有する。
【００２３】
各画素２１は、図１１において説明したように、受光した光を電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換素子、電気信号の増幅を行う増幅トランジスタ、垂直選択を行うための垂直選択トランジスタ、リセットを行うためのリセットトランジスタ等を必要に応じて備えてよい。
【００２４】
また、画素部２０は、画素信号の読み出しを行うための垂直信号線２２の他、垂直選択を行うための水平走査線（又は水平アドレス線）、リセットを行うためのリセット線等を必要に応じて備えてよい。
【００２５】
画素部２０は、要求される解像度に応じて、所定の画素数の画素２１を備えてよいが、例えば、有効画素数が水平７６８０画素、垂直４３２０画素と、ハイビジョンの１６倍の画素数を備えていてもよい。これは、ＩＴＵ−Ｒ  ＢＴ．１７６９等で規格化されているＵＤＴＶ規格、いわゆるスーパーハイビジョン（ＳＨＶ）規格の画素数である。ハイビジョンは、水平１９２０画素、垂直１０８０画素であるが、スーパーハイビジョンでは、水平、垂直ともその４倍ずつの有効画素を有し、全体で１６倍の画素数を有するので、撮像により非常に高精細な画像を取得することができる。
【００２６】
垂直選択手段４０は、水平方向に平行に複数延在し、垂直方向に行をなして配列された水平走査線を選択するための手段であり、ＲＯＩ制御回路９０から供給される電圧パルス又は指令により動作してよい。具体的には、例えば垂直選択手段４０は、図１１で説明した走査選択トランジスタ１２３のようなスイッチング素子を備え、ＲＯＩ制御回路９０からの電圧パルスの印加により垂直選択を行うように構成されてもよい。
【００２７】
信号読出部３０は、垂直信号線２２から入力される電気信号を読み出す領域である。信号読出部３０は、信号読み出しに必要な信号読出回路（図示せず）を備え、画素信号を読み出す。信号読出回路は、画素２１の水平方向の配列に対応して複数設けられ、読み出し対象となる画素に対応する信号読出回路が、画素信号を読み出す。信号読出回路は、読み出しに必要なトランジスタ、ＡＤコンバータ等を備えてよく、例えば、図１１で示したＡＤＣ回路１３２と同様の回路として構成されてもよい。また、信号読出部３０は、読み出しの際には、２重サンプリング動作、ＡＤ変換動作、水平走査動作等が必要に応じて行ってよく、最終的に、信号読出線３１から読み出し信号を出力する。
【００２８】
信号読出線３１は、スイッチングにより垂直信号線２２及び信号読出回路に接続され、読み出しの対象となった画素信号が出力される配線である。信号読出回路にて読み出された画素信号が、信号読出線３１から出力される。
【００２９】
なお、固体撮像素子１０における信号読み出しの動作は、まず、画素部２０の各画素２１において画素信号が生成された状態で、垂直選択手段４０により、読み出す水平走査線（図１では図示せず、図１１参照）が選択される。そして、選択された水平走査線１ラインの総ての画素信号が同時に垂直信号線２２に出力される。信号読出部３０においては、垂直信号線２２から信号読出回路に入力された画素信号に対し、上述のように、適宜２重サンプリング動作、ＡＤ変換動作、水平走査動作等が行われ、読み出し信号として信号読出線３１から出力する。例えば、このようにして、画素信号の読み出し動作は行われる。
【００３０】
電源供給ライン５０、５１は、信号読出部３０の信号読出回路に電源（又は電力）を供給するための電源供給配線である。よって、電源供給ライン５０、５１は、信号読出部３０の内部に、信号読出部３０を横断するように水平方向に延在して設けられる。その意味では、電源供給ライン５０、５１は、固体撮像素子１０の一部を構成するが、本実施例及び以後の実施例では、説明の便宜上、電源供給ライン５０、５１は、固体撮像素子１０と分けて、信号読出部３０に電源を供給する独立した要素として捉えて説明する。実施例１に係る固体撮像装置においては、電源供給ライン５０、５１は、固体撮像素子１０及び信号読出部３０の中央で繋がっておらず、左右２つに分割されている。そして、電源供給ライン５０、５１は、２つで信号読出部３０の水平方向全体をカバーする構成となっている。
【００３１】
また、左側の電源供給ライン５０は左側の電源回路６０に接続され、右側の電源供給ライン５１は右側の電源回路６１に接続され、左右各々の電源回路６０、６１から、信号読出部３０の左側と右側に個別に電源を供給できる構成となっている。
【００３２】
更に、左側の電源供給ライン５０と、対応する左側の電源回路６０とは直接接続されているが、右側の電源供給ライン５１と、対応する右側の電源回路６１との間には、スイッチ８０が設けられている。これにより、右側の電源供給ライン５１に電源を供給するか否かは、スイッチ８０のオン・オフにより切り替えることができる。
【００３３】
かかる構成により、例えば、関心領域が画素部１０の中央よりも左側にのみ存在し、信号読出部３０が、中央より左側の画素２１の信号のみを読み出せば十分な場合には、信号読出部３０の左側にある信号読出回路のみを駆動すべく、信号読出部３０の左側にある電源供給ライン５０からのみ電源を供給し、右側の電源供給ライン５１からは、電源を供給しないようにすることが可能となる。
【００３４】
なお、電源供給ライン５０、５１は、基本的には信号読出部３０の中央で分割され、左右の電源供給ライン５０、５１の長さが同じように分割されるが、用途に応じて、左右の長さが異なるように分割されてもよい。例えば、撮像対象が特定のものに限定されており、左右の長さが異なる分割の方が好ましければ、そのように構成してもよい。
【００３５】
電源回路６０、６１は、所定の電力を生成して電源供給ライン５０、５１に供給するための回路である。電源回路６０、６１は、左右２つに分割した電源供給ライン５０、５１に対応して個別に設けられており、分割した電源供給ライン５０、５１の各々に電源を供給し易いように構成されている。電源回路６０、６１は、電源回路６０、６１に接続された図示しない電源とともに、信号読出部３０の電源を構成する。つまり、信号読出部３０の電源は、電源回路６０、６１を含む。なお、以後の実施例においても、信号読出部の電源は電源回路を含み、電源回路に接続されたということは、信号読取部の電源に接続されたことを意味するものとする。
【００３６】
スイッチ８０は、電源供給ライン５１と電源回路６１との間に挿入して設けられ、電源供給ライン５１と電源回路６１との接続と遮断を切り替える手段である。スイッチ８０は、オン・オフの切り替えが可能であれば、種々のスイッチ手段を用いることができる。なお、スイッチ８０は、ＲＯＩ制御回路９０と接続され、スイッチ８０のオン・オフ、つまり接続と遮断は、ＲＯＩ制御回路９０の指令により切り替えられてよい。
【００３７】
ＲＯＩ制御回路９０は、関心領域の画素信号のみの読み出しを行う関心領域読出駆動を行う際、読み出し対象となる関心領域の選択及び読み出し駆動の制御と、信号読出部３０への電源供給の制御を行うための手段である。つまり、ＲＯＩ制御回路９０は、関心領域読出駆動を行う際、関心領域の画素信号を信号読出部３０に行わせる関心領域読出制御と、関心領域を読み出し対象に含まず、読み出し動作を行わない読出回路への電源供給を遮断する電源遮断制御の双方の制御を行う関連領域読出制御手段として機能する。関心領域読出駆動（以下、「ＲＯＩ駆動」又は「ＲＯＩ動作」とも呼ぶ。）においては、関心領域の読み出し動作と、電源を遮断してよい非読出領域はリンクしているため、ＲＯＩ制御回路９０が、関心領域読出制御（以下、「ＲＯＩ駆動制御」とも呼ぶ。）と電源遮断制御の双方の制御を行う。
【００３８】
よって、ＲＯＩ制御回路９０は、垂直選択手段４０に接続されるとともに、スイッチ８０にも接続され、関心領域読出制御と電源遮断制御の両方が行える構成となっている。
【００３９】
なお、ＲＯＩ制御回路９０は、このような制御演算を行えれば、種々の手段により実現されてよく、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として構成されてもよい。
【００４０】
このように、実施例１に係る固体撮像装置は、ＲＯＩ駆動の際、信号読出部３０の読み出し動作が不要な非読出領域に電源を供給しない制御を行うことにより、消費電力を低減させ、更にこの消費電力の低減により、信号読出部３０から発生する熱による画素部１０の熱ノイズを低減させることが可能な構成となっている。
【００４１】
なお、固体撮像素子１０には、電源回路６０、６１とは異なる電源回路から電源が供給されている。固体撮像素子１０については、ＲＯＩ駆動制御を行うか否かに関係無く、全撮像領域に電源が供給され、全撮像領域で撮像が行われる。この点については、以後の実施例においても同様である。
【００４２】
次に、図２Ａ乃至図２Ｃを用いて、実施例１に係る固体撮像装置の具体的な動作例について説明する。なお、固体撮像素子１０の画素部２０の画素数は、本実施例及びそれ以降の実施例において、水平７６８０画素、垂直４３２０画素の上述のスーパーハイビジョン（ＳＨＶ）規格である場合を例に挙げて説明する。また、図１と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
また、本実施例に係る固体撮像装置においては、ＲＯＩ駆動は、垂直方向にのみ関心領域を設定、つまり水平走査線のライン単位で関心領域を設定する場合を例に挙げて説明する。図１１においては、水平方向、垂直方向の双方について任意の順序で読み出しを行う構成のＲＯＩ駆動について説明したが、本実施例においては、垂直方向については垂直選択手段４０を用いてＲＯＩ駆動を行うライン設定を行い、水平方向についてはスイッチ８０を用いた電源遮断制御で非読出領域の設定を行う例について説明する。
【００４４】
図２Ａは、関心領域Ｒ１が全画面である場合の実施例１に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。図２Ａにおいて、関心領域Ｒ１が撮像画面全体であり、画素部２０の総ての画素２１が読み出し対象となる場合の動作例が示されている。また、右上の長方形に記載された数字は、関心領域Ｒ１の画素数を示しており、水平７６８０×垂直４３２０の画素数であることが示されている。
【００４５】
図２Ａのように、全画面が読み出し対象となる場合、関心領域Ｒ１として全ラインが選択されていると考えてもよいし、いわゆるＲＯＩ駆動が行われていない通常動作の場合と考えてもよい。この場合には、水平７６８０×垂直４３２０画素の総てについて信号電荷の読み出しを行うので、ＲＯＩ制御回路９０は、スイッチ８０をオンにし、左右２つの電源供給ライン５０、５１の両方に電源を供給する制御を行う。この場合、信号読み出しの方法は、一般的な順次走査としてもよいし、垂直方向のラインについては、用途に応じた所定の順序で読み出しを行うようにしてもよい。
【００４６】
図２Ｂは、関心領域Ｒ２が撮像画面の左上側１／４の領域である場合の実施例１に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。この場合、関心領域Ｒ２は、水平３８４０×垂直２１６０の画素数の領域となる。水平方向も全画素数の１／２、垂直方向も全ライン数の１／２であるので、関心領域Ｒ２の画素数は全体の画素数の１／４となる。具体的な読み出し動作の一例は、以下のようになる。
【００４７】
まず、垂直選択手段４０は、１ライン目から２１６０ライン目まで順次水平走査線を選択した後、再び１ライン目から次の撮像画面を読み出す。この状態であれば、信号読出部３０の信号読出ライン３１からは、水平７６８０画素×垂直２１６０ラインの画像（図示せず）が出力される。一般に、ＲＯＩ駆動又はＲＯＩ動作を行った場合でも、撮像素子からの画像出力は、水平と垂直の画素数の比率を例えば１６：９等に固定することにより、モニタ表示や映像処理が容易となる。よって、ここでは、希望する映像出力の画素数を垂直の２１６０ラインに合わせ、水平の画素数を３８４０とする。この場合には、固体撮像素子１０の右半分に相当する画素信号は不要となる。
【００４８】
そこで、この場合には、ＲＯＩ制御回路９０は、関心領域Ｒ２を読み出し対象領域として信号読出部３０の左半分の読出回路を動作させるとともに、スイッチ８０をオフにし、信号読出部３０の右半分の読出回路には電源が供給されないようにする。これにより、必要とする画素数の撮像画像を得たまま、信号読出部３０の右半分の電源回路６１を遮断することができる。その結果、信号読出部３０の右半分の読出回路は動作せず、電力を消費しないので、消費電力の低減を図ることができる、また、信号読出部３０の発熱を抑制できるので、画素部２０に熱ノイズが発生し難くなり、高品質の画像を得ることができる。
【００４９】
図２Ｃは、関心領域Ｒ３が撮像素子の左半分である場合の実施例１に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。図２Ｃにおいては、ＲＯＩ制御回路９０によるＲＯＩ駆動制御については、総ての水平走査線のライン４３２０本に設定される。よって、ＲＯＩ駆動制御の動作としては、総てのラインを選択する。一方で、ＲＯＩ制御回路９０は、スイッチ８０をオフにする電源遮断制御を行う。これにより、信号読出部３０の右半分には電源供給が行われず、画素部２０の右半分の画素信号は出力されない。よって、結果的に画素信号の読み出しが行われた関心領域Ｒ３は、画面の左半分の領域となり、読み出し出力が得られる有効な画面の画素数は、水平３８４０×垂直４３２０となる。この場合にも、信号読出部３０の右半分に供給される電源回路６１は遮断されているので、固体撮像素子１０全体の消費電力を低減させることができる。そして、信号読出部３０の発熱による画素部２０の熱ノイズを減少させ、高品質な画像を取得することができる。
【００５０】
このように、実施例１に係る固体撮像装置によれば、関心領域に応じて、読み出し対象とならない画素を読み出す信号読出部の電源を遮断することにより、消費電力の節減を実現できるとともに、熱ノイズを低減させ、高品質の画像を取得することができる。また、関心領域の設定に際し、水平方向については、複雑な制御を行う必要が無く、電源の遮断のみで関心領域の水平方向の制限（又は非読出領域の設定）を行うことができる。
【実施例２】
【００５１】
図３は、本発明の実施例２に係る固体撮像装置の一例を示した図である。実施例２に係る固体撮像装置は、固体撮像素子１０と、電源供給ライン５２〜５５と、電源回路６２〜６５と、スイッチ８１〜８３と、ＲＯＩ制御回路９１を備えるが、固体撮像素子１０は、実施例１に係る固体撮像素子１０と同様である。よって、固体撮像素子１０、画素部２０、画素２１，垂直信号線２２、信号読出部３０、信号読出線３１及び垂直選択手段４０については、実施例１に係る固体撮像装置と同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
一方、実施例２に係る固体撮像装置においては、電源供給ライン５２〜５５が４分割され、それに対応して電源回路６２〜６５も４つ設けられている点が、実施例１に係る固体撮像装置と異なっている。また、電源供給ライン５２〜５５及び電源回路６２〜６５が各々４つに増加したことに伴い、スイッチ８１〜８３も３つに増加した点でも、実施例１に係る固体撮像装置と異なっている。なお、電源供給ライン５２は電源回路６２に直接接続され、電源供給ライン５３、５４、５５は、各々スイッチ８１、８２、８３を介して、電源回路６３、６４、６５に接続された構成となっている。ＲＯＩ制御回路９１は、スイッチ８１〜８３が２つ増加したことに伴い、制御対象及び接続線が２つずつ増加しているが、実行する制御内容は、実施例１と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
このように、電源供給ライン５２〜５５、電源回路６２〜６５及びスイッチ８１〜８３を３つ以上とし、細かい領域毎に設置するようにしてもよい。図３においては、画素部２０及び対応する信号読出部３０への電源供給ライン５３〜５５が４分割され、各電源供給ライン５３〜５５が、水平画素数の１／４の領域毎に設けられた構成となっている。かかる構成により、読み出し対象となる関心領域をより細かく設定することができ、多様な用途に応じて必要な関心領域のみを読み出し、読み出しが不要な領域の読み出し動作については電力消費を無くすことができる。
【００５４】
次に、図４Ａ乃至図４Ｃを用いて、実施例２に係る固体撮像装置の動作例について説明する。
【００５５】
図４Ａは、全画面を関心領域Ｒ１とした場合の実施例２に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。これは、実施例１の図２Ａと同様の関心領域Ｒ１の設定を行った場合である。この場合、読み出し対象となる画素数は、水平７６８０×垂直４３２０である。ＲＯＩ制御回路９１は、総ての４３２０本のラインをＲＯＩ駆動の対象としてＲＯＩ駆動制御を行うとともに、３個のスイッチ８１〜８３を総てオンとする制御を行う。これにより、通常動作と同じく、全画面の画素信号が読み出され、出力される。
【００５６】
図４Ｂは、関心領域Ｒ２が撮像画面の左上側１／４の領域である場合の実施例２に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。これは、実施例１の図２Ｂと同様の関心領域Ｒ２の設定を行った場合である。この場合、ＲＯＩ制御回路９１は、全体ライン数の半分の２１６０本のライン数読み出しを選択するとともに、スイッチ８１のみをオンにする制御を行う。これにより、画素部２０の左側半分に対応する信号読出部３０の左側半分には電源供給ライン５２、５３から電源が供給されるが、右側半分の電源供給ライン５４、５５には電源が供給されない。これにより、水平方向については左側半分にある画素２１の画素信号のみ信号読み出しを行うことになる。そして、最終的な関心領域Ｒ２は、画素部２０の左上側１／４となり、この領域のみ画素信号を読み出して出力する。信号読出部３０の右半分には電源が供給されていないので、消費電力の低減と熱ノイズの低減を図ることができる。
【００５７】
図４Ｃは、関心領域Ｒ４が撮像画面の１／１６である場合の実施例２に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。この場合、ＲＯＩ制御回路９１は、関心領域Ｒ４のライン数を、全体のライン数４３２０本の１／４である１０８０本に設定するとともに、スイッチ８１〜８３を総てオフにする電源遮断制御を行う。これにより、電源回路６２と直接接続されている電源供給ライン５２にのみ電源が供給され、信号読出部３０の左側１／４の範囲のみ信号読出回路に読み出し動作を行わせることができる。これにより、水平方向で読み出す画素数は全体の１／４である１９２０画素となるので、結局、水平１９２０×垂直１０８０の画素数の関心領域Ｒ４の画素信号を読み出すことになる。これは、ハイビジョンと同じ画素数であるので、ハイビジョンと同じ撮像画像を得ることができる。関心領域Ｒ４をこのようなハイビジョン画面と同じ画素数の設定とすることにより、例えば、受信側がハイビジョンしか対応できない場合には、スーパーハイビジョン対応の固体撮像素子を用いて、ハイビジョンの画像を送信することも可能となる。この場合には、本実施例に係る固体撮像装置の全画面の１／１６の関心領域Ｒ４の画像を、ハイビジョン対応の受信機でフル画面表示を行うようにすればよい。このように、本実施例に係る固体撮像装置によれば、異なるフォーマットの画像の撮像に対応することでき、より一層用途を拡大させることも可能となる。
【００５８】
また、関心領域の設定は、水平方向は１９２０の４以下の倍数、垂直方向は任意の数の組み合わせで自由に設定できるので、用途に応じて広い自由度で設定することができる。例えば、必要に応じて、水平１９２０×垂直２１６０、又は水平１９２０×垂直４３２０等の画素数に設定することも可能である。
【００５９】
このように、実施例２に係る固体撮像装置によれば、電源供給ライン５２〜５５をより細かく分割することにより、関心領域の設定の自由度を高めつつ、消費電力の低減と熱ノイズの発生の低減を図ることができる。
【００６０】
なお、図３、図４Ａ乃至図４Ｃにおいては、電源供給ライン５２〜５５を４つに分割する例について説明したが、用途に応じて、更に細かく分割したり、逆に３つに分割したりすることも可能である。
【実施例３】
【００６１】
図５は、本発明の実施例３に係る固体撮像装置の一例を示した図である。図５において、実施例３に係る固体撮像装置は、実施例２に係る固体撮像装置と同様に、固体撮像素子１０と、電源供給ライン５２〜５５と、ＲＯＩ制御回路９１とを備える。これらの構成要素については、含有される構成要素も含めて、実施例２に係る固体撮像装置と全く同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
実施例３に係る固体撮像装置は、電源回路６６が複数ではなく、１つだけ設けられている点で、実施例２に係る固体撮像装置と異なっている。つまり、実施例２に係る固体撮像装置では、４つの電源供給ライン５２〜５５に個別に対応して４つの電源回路６２〜６５が設けられていたが、実施例３に係る固体撮像装置においては、４つの電源供給ライン５２〜５５に共通の１つの電源回路６６のみが備えられている点で、実施例２に係る固体撮像装置と異なっている。電源供給ライン５２はスイッチを介さず電源回路６６に直接接続され、電源供給ライン５３〜５５は、各々スイッチ８１〜８３を介して電源回路６６に接続されている点は、実施例２と同様である。
【００６３】
このように、電源回路６６を１つにまとめ、その出力線を電源供給ライン５２〜５５に並列に接続し、切断動作が必要な電源供給ライン５３〜５５との間の出力線にスイッチ８１〜８３を各々設けるように構成してもよい。電気的には、実施例２に係る固体撮像装置と変わる所は無いので、用途に応じて、電源回路６６を１つにまとめる実施例３のような構成としてもよい。
【００６４】
なお、ＲＯＩ制御回路９１による動作は、実施例２に係る固体撮像装置と全く同様であるので、その説明を省略する。
【００６５】
実施例３に係る固体撮像装置によれば、電源回路をコンパクトに構成しつつ、電力消費の低減と熱ノイズの低減を図ることができる。
【実施例４】
【００６６】
図６は、本発明の実施例４に係る固体撮像装置の一例を示した図である。実施例４に係る固体撮像装置は、固体撮像素子１０と、電源回路６２〜６５とを有する点で、実施例２に係る固体撮像装置と共通する。固体撮像素子１０及びそれに含まれる構成要素と、電源回路６２〜６５は、実施例２に係る固体撮像素子１０と全く同様であるので、各構成要素には実施例２の構成要素と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６７】
図６において、実施例４に係る固体撮像装置は、電源供給ライン５２〜５５が４つに分割されて設けられている点も、実施例２に係る固体撮像装置と同様であるが、最も左側の電源供給ライン５２と電源回路６２との間にスイッチ８４が設けられた点で、実施例２に係る固体撮像装置と異なっている。つまり、実施例４に係る固体撮像装置においては、総ての電源供給ライン５２〜５５と電源回路６２〜６５との間にスイッチ８４〜８７が設けられている。それに対応し、ＲＯＩ制御回路９２の制御対象も１つ増加したことになるが、制御の基本的な内容は実施例２と同様である。
【００６８】
実施例４に係る固体撮像装置においては、最も左側の領域も含めて、画素部２０の読み出しを行うか否かを制御することが可能となる。一般的に、撮像装置は撮像対象に対して相対移動可能であるので、関心領域の大きさを定め、最も左側の領域で撮像を行うようにすれば、実施例１〜３の構成で何ら問題は無い。しかしながら、固体撮像装置が固定されていたり、撮像領域の総てについて読み出しの有無の制御を行いたい場合には、総ての電源供給ライン５２〜５５にスイッチ８４〜８７を設けるようにしてもよい。
【００６９】
図７は、実施例４に係る固体撮像装置の動作例を示した図である。図７において、関心領域Ｒ５は、画素部２０の中央領域に設定されている。ＲＯＩ制御回路９２は、全ライン数の１／２の２１６０本のライン数にＲＯＩ駆動を設定する。位置的には、関心領域Ｒ５に対応させ、中央のラインについて、ＲＯＩ駆動が設定される。また、ＲＯＩ制御回路９２は、外側の２つのスイッチ８４、８７をオフとし、中央の２つのスイッチ８５、８６をオンとする電源遮断制御を行う。これにより、中央の全画面の１／４の画素数の関心領域Ｒ５について、画素信号の読み出しを行うことができる。関心領域Ｒ５の画素数は、水平３８４０×垂直２１６０となる。このように、総ての電源供給ライン５２〜５５と電源回路６２〜６５との間にスイッチ８４〜８７を設け、中央領域や、右側の領域のみを撮像するようにしてもよい。かかる動作が可能となることにより、撮像対象の変化に応じて、光学中心をずらすことなく、ＲＯＩ駆動制御で撮像ラインを選択し、信号読出部３０の未使用部分の電源切断により省電力化及び熱ノイズの影響を低減させることができる。
【実施例５】
【００７０】
図８は、本発明の実施例５に係る固体撮像装置の一例を示した図である。図８において、実施例５に係る固体撮像装置は、固体撮像素子１０と、電源供給ライン５２〜５５と、スイッチ８４〜８７と、ＲＯＩ制御回路９２とを有する点で、実施例４に係る固体撮像装置と共通する。なお、これらの構成要素は、内部要素も含めて実施例４に係る固体撮像装置と同様であるので、実施例４と同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００７１】
実施例５に係る固体撮像装置は、電源回路６６が共通して１つだけ設けられている点で、実施例４に係る固体撮像装置と異なっている。かかる構成は、実施例３に係る固体撮像装置と同様である。このように、電源回路６６は、分割された複数の電源供給ライン５２〜５５に対応して個別に設けられる必要は無く、電源供給ライン５２〜５５に共通に１つだけ設けるようにしてもよい。
【００７２】
なお、電源供給ライン５２〜５５と、電源回路６６と、スイッチ８４〜８７と、ＲＯＩ制御回路９２との関係は、スイッチ８４〜８７が１つ増加し、ＲＯＩ制御回路９２の制御対象が１つ増加している点を除けば、実施例３の図５に係る固体撮像装置と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００７３】
実施例５に係る固体撮像装置によれば、総ての電源供給ライン５２〜５５に、オン・オフの制御が可能なスイッチ８４〜８７を設けて、総ての分割領域について読み出しの有無の制御を可能としつつ、電源回路６６は共通として、全体としてコンパクトな構成とすることができる。そして、消費電力の低減と、熱ノイズの低減を実現することができる。
【実施例６】
【００７４】
図９は、本発明の実施例６に係る固体撮像装置の一例を示した図である。図９において、実施例６に係る固体撮像装置は、固体撮像素子１０と、電源供給ライン５６〜５８と、電源回路６７〜６９と、スイッチ８８、８９と、ＲＯＩ制御回路９３とを有する。固体撮像素子１０は、今までの実施例１〜５と同様の構成を有するので、各構成要素に今までと同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７５】
実施例６に係る固体撮像装置は、３つの電力供給ライン５６、５７、５８を備えるが、電力供給ライン５６、５７が信号読出部３０の水平方向の全体の１／４ずつの長さを有しているのに対し、電力供給ライン５８は信号読出部３０の水平方向の全体の１／２の長さとなっており、各電源供給ライン５６、５７の２倍の長さとなっている点で異なっている。このように、電源供給ライン５６〜５８の長さは、総てが同一で等しく分割されている必要は無く、長さが異なっていてもよい。図９において、電源供給ライン５６は画素部２０の左端１／４の領域、電源供給ライン５７は画素部２０の中央から左側寄りの１／４の領域、電源供給ライン５８は画素部の右側半分の領域をカバーする構成となっている。より詳細には、電源供給ライン５６が設置された最も左側の領域は、水平画素数１９２０に相当する領域であり、電源供給ライン５６は、電源回路６７に直接接続されている。また、電源供給ライン５７が設置された左から２番目の領域は、水平画素数１９２０に相当する領域であり、スイッチ８８を介して電源回路６８に接続されている。電源供給ライン５８が設置された右半分の領域は、水平画素数３８４０に相当する領域であり、電源供給ライン５８は、スイッチ８９を介して電源回路６９に接続されている。
【００７６】
また、ＲＯＩ制御回路９３は、ＲＯＩ駆動のライン数を設定するとともに、スイッチ８８、８９のオン・オフを制御する。
【００７７】
かかる構成において、例えば、実施例２の図４Ｂに示したような、左上側１／４の関心領域Ｒ２の画素２１の画素信号を読み出す場合、ＲＯＩ制御回路９３は、スイッチ８８をオンにするとともに、スイッチ８９をオフとする制御を行う。また、実施例２の図４Ｃに示したような、左上側１／１６の関心領域Ｒ４の画素２１の画素信号を読み出す場合、ＲＯＩ制御回路９３は、スイッチ８８、８９の総てをオフにする制御を行う。
【００７８】
かかる構成により、左側については、細かく分割された電源供給ライン５６、５７の接続、切断の制御により、きめ細かい制御が可能であり、右側については、スイッチ８９をオフとするだけで、右側全体を容易にオフにすることができる。例えば、画素部２０の左側では、関心領域を細かく設定する必要があり、右側では関心領域を細かく設定する必要が無い用途に固体撮像装置が用いられる場合には、このような構成を好適に利用することができる。
【００７９】
実施例６に係る固体撮像装置によれば、領域により異なる長さの電源供給ライン５６〜５８を設けることにより、各領域に適した電源のオン・オフ制御を行うことができ、電力消費の低減と熱ノイズの低減を図ることができる。
【実施例７】
【００８０】
図１０は、本発明の実施例７に係る固体撮像装置の一例を示した図である。図１０において、実施例７に係る固体撮像装置は、実施例６に係る固体撮像装置と同様に、固体撮像素子１０と、電源供給ライン５６〜５８と、スイッチ８８、８９と、ＲＯＩ制御回路９３とを有する。これらの構成要素は、実施例６に係る固体撮像装置と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
実施例７に係る固体撮像装置は、電源回路７０が総ての電源供給ライン５６〜５８に共通に１つだけ設けられている点で、実施例６に係る固体撮像装置と異なっている。このように、電源供給ライン５６〜５８の長さが異なる固体撮像装置においても、電源回路７０を電源供給ライン５６〜５８に共通に１つだけ設けるようにしてもよい。
【００８２】
実施例７に係る固体撮像装置は、電源回路７０が１つとなった点以外は、実施例６に係る固体撮像装置と、構成及び動作について共通であるので、その説明を省略する。
【００８３】
実施例７に係る固体撮像装置によれば、電源供給ライン５６〜５８の長さを異ならせつつ、電源回路７０を１つとしてコンパクトな構成にすることができ、電力消費の低減と熱ノイズの低減を図ることができる。
【００８４】
なお、実施例１〜７において、ＲＯＩ回路９０〜９３及びスイッチ８０〜８９は、固体撮像素子１０の外部に設けられた場合を説明したが、固体撮像素子１０の内部に設けるようにしてもよい。
【００８５】
また、実施例１〜７において、関心領域を含まない非読出領域の信号読出部３０の電源を遮断することにより、消費電力の低減を図っているが、更に、関心領域を読み出す速度を低下させて、消費電力を更に低減させる制御を行うようにしてもよい。ＲＯＩ駆動方式においては、関心領域を設定することにより、読み出し対象の領域が狭くなるので、読み出し速度の高速化が一般的に可能となる。しかしながら、ＲＯＩ駆動方式において、読み出し速度を、全画面を読み出す場合と同じ速度に設定しておけば、読み出しの高速化を行わない代わりに、消費電力を更に低下させることができる。例えば、用途に応じては、このような制御を組み合わせるようにしてもよい。
【００８６】
また、例えば、実施例１〜７は、矛盾の無い範囲で、互いに組み合わせることが可能である。例えば、実施例４を実施例１、実施例２、実施例７に組み合わせ、総ての電源供給ラインにスイッチを設けた例に変形することも可能である。また、実施例３を実施例１に組み合わせ、電源回路を１つに構成することも可能である。このように、各実施例同士は、矛盾の無い範囲で組み合わせることができる。
【００８７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、ＸＹアドレス方式により画素信号を読み出す固体撮像装置に利用することができ、例えば、ＣＭＯＳ及びＭＯＳを含むＭＯＳ型撮像装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０    固体撮像素子
２０    画素部
２１    画素
２２    垂直信号線
３０    信号読出部
３１    信号読出線
４０    垂直選択手段
５０〜５８    電源供給ライン
６０〜７０    電源回路
８０〜８９    スイッチ
９０    ＲＯＩ制御回路
【図１】
2013046232.tif 000003
【図２Ａ】
2013046232.tif 000004
【図２Ｂ】
2013046232.tif 000005
【図２Ｃ】
2013046232.tif 000006
【図３】
2013046232.tif 000007
【図４Ａ】
2013046232.tif 000008
【図４Ｂ】
2013046232.tif 000009
【図４Ｃ】
2013046232.tif 000010
【図５】
2013046232.tif 000011
【図６】
2013046232.tif 000012
【図７】
2013046232.tif 000013
【図８】
2013046232.tif 000014
【図９】
2013046232.tif 000015
【図１０】
2013046232.tif 000016
【図１１】
2013046232.tif 000017
【図１２】
2013046232.tif 000018